提高立窯水泥質(zhì)量的技術(shù)措施
2005-03-28 00:00
引言
2001年4月1日，我國(guó)開始正式實(shí)施水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)新方法(1S0法)。由于灰砂比、水灰比、振實(shí)、抗壓夾具、級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)砂等試驗(yàn)條件的根本不同，徹底改變了GB檢驗(yàn)方法測(cè)定水泥強(qiáng)度值“虛高”的局面。ISO法的等同采用，使我國(guó)水泥強(qiáng)度普遍降低了一個(gè)標(biāo)號(hào)，這是一項(xiàng)促使水泥質(zhì)量上水平，實(shí)現(xiàn)我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)與ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的重要舉措。立窯水泥面臨生存與發(fā)展的嚴(yán)峻考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，為使立窯水泥質(zhì)量能夠盡快適應(yīng)ISO法，本文就提高立窯水泥質(zhì)量方面探討技術(shù)措施。
2 提高立窯水泥質(zhì)量的技術(shù)措施
2.1 選擇易磨易燒的原燃料
立窯水泥的生產(chǎn)實(shí)踐表明，選擇不同的原燃料配料，生料的易磨易燒性是完全不同的?？梢姡x擇易磨易燒的原燃料十分必要。
2.1.1 石灰石
燧石不僅硬度大，而且晶形結(jié)構(gòu)完整，粉磨、燒成所需的能耗都很高，故燧石含量高于4.0％的石灰石不宜使用。
2.1.2 粘土
用頁巖或粉砂巖作粘土質(zhì)原料有利于粉磨和熟料燒成。
粘土質(zhì)原料一般要求硅率(n)為2．5～3．5，如n >3．5，則可能是含粗砂過多的砂質(zhì)土，不宜使用。
用粗砂作硅質(zhì)校正原料的做法一般不可取。
2.1.3 無煙煤
立窯使用的煤應(yīng)盡量選用揮發(fā)分為6．59．0％，發(fā)熱量為23000～25080kJ／kg的無煙煤，這種煤有利于上火正常、底火穩(wěn)定，便于立窯大風(fēng)大料操作。
2.2 物料均化
水泥熟料的主要礦物是靠固相反應(yīng)形成的，而固相反應(yīng)是通過高溫下反應(yīng)物接觸表面上質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，并相互擴(kuò)散而進(jìn)行的。因此，生料混合不均勻，有效接觸面就少，必然影響反應(yīng)速度。從整體看，即使配料方案是合理的，但如果生料混合不均勻，就會(huì)造成從各個(gè)局部看，某一化學(xué)組分不是偏多就是偏少，偏離要求的數(shù)值。生產(chǎn)實(shí)踐表明，人窯生料成份穩(wěn)定，立窯生產(chǎn)就容易保持正常，熟料質(zhì)量也就有保證。因此，對(duì)沒有自己礦山、原料品質(zhì)波動(dòng)大、物料儲(chǔ)存期短的立窯水泥廠來說，物料的均化就顯得尤為重要。
2.2.1 原料預(yù)均化
原料成份波動(dòng)是影響出磨生料合格率的主要原因，原料的預(yù)均化方式通常有三種：(1)預(yù)均化堆場(chǎng)； (2)預(yù)均化長(zhǎng)條庫(kù)；(3)多庫(kù)搭配。
預(yù)均化堆場(chǎng)均化效果好，均化系數(shù)可達(dá)6～10，但投資大，適宜于原料成份波動(dòng)大，且生產(chǎn)規(guī)模大的立窯廠。預(yù)均化長(zhǎng)條庫(kù)采用平鋪堆料、橫斷面切取物料方式均化，均化效果較好，均化系數(shù)可達(dá)3～5，投資較大，適用于礦點(diǎn)多，成分波動(dòng)較大的原料預(yù)均化。多庫(kù)搭配效果一般，均化系數(shù)為2～3，但投資省、簡(jiǎn)單易行，適用于成份波動(dòng)不大的原料預(yù)均化。
2.2.2 生料均化
出磨生料的成份波動(dòng)還是較大的，即使在合格范圍內(nèi)，也是如此。因此，進(jìn)行生料均化很有必要。生料均化方式通常有三種：(1)空氣攪拌；(2)漏斗流式均化；(3)機(jī)械倒庫(kù)。
空氣攪拌庫(kù)常用的有兩種，一種是間歇式空氣攪拌庫(kù)，其均化系數(shù)可達(dá)8～10；另一種是連續(xù)式空氣攪拌庫(kù)，可同時(shí)進(jìn)出料，其均化系數(shù)為6～8。漏斗流式均化方式是指在普通圓庫(kù)內(nèi)采用漏斗流式均化裝置，使圓庫(kù)內(nèi)物料從上至下，全斷面、立體式的以漏斗流為特征的全方位取料，并使取料、混合均化與出料同步進(jìn)行，其均化系數(shù)可達(dá)2～6。立窯廠常
用的機(jī)械倒庫(kù)其均化系數(shù)為2～3。
立窯廠的生料均化已越來越被引起重視，并且發(fā)展趨勢(shì)是采用均化效果較好的空氣攪拌庫(kù)，但在使用時(shí)，一定要控制好供氣量、充氣壓力、生料水分及料面高度，這是保證均化庫(kù)正常使用和效果的必備條件。
2.3采用工業(yè)廢渣配料
一些工業(yè)廢渣中含有一定量的與水泥熟料成份相似的硅酸鹽礦物及高活性玻璃體，如?；郀t礦渣、鋼渣、電爐還原渣。從化學(xué)成份上看，這些廢渣是一種具有較高潛在活性的低鈣高硅熟料。采用一定比例的上述廢渣配料是預(yù)先在生料中培植了“晶種(或晶核)”，在燒成過程中充分發(fā)揮晶種的“誘導(dǎo)結(jié)晶”作用，不但能夠顯著改善生料易燒性，加速硅酸鹽礦物的大量形成，而且可以降低熟料燒成熱耗及f-CaO含量，促進(jìn)固相反應(yīng)的順利進(jìn)行。此外，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，處于穩(wěn)定狀態(tài)的高活性玻璃體可釋放出結(jié)晶潛熱，在料球內(nèi)部起到“熱激發(fā)”作用。又因廢渣中CaO、Si02系高活性成份，均不需要再耗熱分解即可直接參與化學(xué)反應(yīng)，故有增產(chǎn)、降耗、提高熟料質(zhì)量的作用。
2.4復(fù)合礦化劑
自八十年代初復(fù)合礦化劑推廣應(yīng)用以來，各立窯廠普遍取得了提高立窯熟料質(zhì)量并節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的效果。由于復(fù)合礦化劑在熟料煅燒過程中，能降低液相的生成溫度和降低液相粘度，有利于硅酸鹽礦物的形成，使立窯煅燒更適宜于較高KH,SM的配料方案，在熟料中形成較多的硅酸鹽礦物，從而提高熟料強(qiáng)度。另外，復(fù)合礦化劑的應(yīng)用還有利于擴(kuò)大原燃料的使用范圍。值得一提的是，復(fù)合礦化劑配料容易引起水泥緩凝和28天抗折強(qiáng)度偏低。
礦化劑的種類很多，大致可分為以下幾類：
1.氟化物類
CaF2、MgF2、AlF3、BaF2、NaF等。據(jù)資料介紹，這些氟化物的礦化效果是NaF>BaP2>Al F3> MgP2CaF2。
2．氟硅酸鹽類
Na2SiP6、MgSiP6、CaSiP6等。
3．硫酸鹽類
NaS04、K2S04、ZnS04、FeS04、Fe2 (S04) 3、MnS04、CaS04等。
4．磷酸鹽類
Ca3(P04) 2、Zn3(P04) 2、AlP04、PeP04等。
5．氯化物類
CaCl2、NaCl等。
6．其它
鉛鋅尾礦、硫尾礦、銅尾礦、鈦礦渣、重晶石尾礦等。
可以作為礦化劑的原料很多，各立窯廠應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源、成本情況，并結(jié)合本廠的生產(chǎn)實(shí)際，盡量選用效果好、成本低、符合環(huán)保要求的礦化劑。
2.5 調(diào)整配料方案
水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)采用新方法后，一定要使熟料礦物組份中C3S+C 2S的總量達(dá)到75％以上，因?yàn)樗嗍炝系乃残缘V物主要是硅酸鈣，否則熟料強(qiáng)度就不能保證。所以必須要有一個(gè)適當(dāng)?shù)娘柡捅龋⒁岣吖杷崧屎弯X氧率，減少C4AF的含量。
硅酸率SM表達(dá)了水泥熟料中硅酸鹽礦物和熔劑礦物的比值。當(dāng)熟料飽和系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，SM決定硅酸鹽礦物的數(shù)量，SM高則說明熟料中硅酸鹽礦物多而熔劑礦物相對(duì)較少，增加熟料中硅酸鹽礦物比例必須要降低熔劑礦物含量，否則就難以達(dá)到目的。
水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)采用新方法后，熟料三個(gè)率值的控制可參考如下方案：KH0.92～0.96、SMl.9～2.3、IMl.3～1.6。
2.6控制生科細(xì)度
生料細(xì)度，特別是900孔篩(0.20mm篩)篩余量，對(duì)熟料礦物形成和固相反應(yīng)完全程度影響很大。900孔篩篩余量增大，粗粒子增多，導(dǎo)致熟料中f-CaO增加而引起水泥安定性不良。下表是熟料中f-CaO隨生料900孔篩篩余量增大而增加的一個(gè)例子。
生料900孔篩篩余量(％) | 0 | 0.30 | 0.85 | 1.15 | 2.10 |
熟料中f-CaO含量(％) | 0.5 | 1.5 | 2.8 | 3.7 | 5.1 |
從上表可以看出，由于生料中一般都含有一定量的石英礦物，如不磨細(xì)則會(huì)顯著推遲化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，導(dǎo)致熟料中f-CaO增加。因此，為了改善生料易燒性，應(yīng)積極采取措施降低生料細(xì)度，減少粗顆粒含量，提高比表面積。
一般控制生料900孔篩(0.20mm篩)篩余量<0.5％為宜。
2.7 預(yù)加水成球與小料球快燒
預(yù)加水成球技術(shù)已在全國(guó)立窯水泥廠推廣十多年時(shí)間，但效果好的卻很少。究其原因，主要是生料量控制不穩(wěn)定，特別是當(dāng)生料水分較高時(shí)，生料容易棚倉(cāng)，造成料量忽多忽少，甚至無料。而料量波動(dòng)較大時(shí)，進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)的生料量就不能穩(wěn)定，微機(jī)控制的料水跟蹤調(diào)節(jié)就會(huì)失靈。因此，為保證預(yù)加水成球的效果，首先要嚴(yán)格控制生料水分≤1.5％，其次是采用根據(jù)容積式給料原理制造，具有穩(wěn)流、鎖風(fēng)、計(jì)量、可調(diào)性能的穩(wěn)流定量給料裝置，或者采用溢流式生料穩(wěn)壓小倉(cāng)，下設(shè)調(diào)速圓管絞刀，根據(jù)立窯產(chǎn)量控制進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)的生料量，由微機(jī)跟蹤生料量變化并及時(shí)調(diào)節(jié)成球用水量。入窯生料量的調(diào)節(jié)要盡量緩慢。
眾所周知，不同顆粒大小的料球，其對(duì)流傳熱系數(shù)也不同，料球的對(duì)流傳熱系數(shù)隨其顆粒尺寸的增加而下降，小料球具有較高的對(duì)流傳熱系數(shù)和傳熱傳質(zhì)速率。根據(jù)立窯生產(chǎn)實(shí)踐，料球粒徑以Ф5～8mm為宜。料球小入窯沖擊力小，不易破碎；含水量少不易粘結(jié)；體積小受熱均勻不易爆裂，有利于窯內(nèi)通風(fēng)和料球的傳熱和傳質(zhì)。料球顆粒過大，傳熱傳質(zhì)慢、易炸球。料球顆粒過小或顆粒不均，則不利于窯內(nèi)通風(fēng)。
2.8 加強(qiáng)立窯窯體保溫
眾所周知，立窯生產(chǎn)存在“邊壁效應(yīng)”，即邊部阻力比中部小，邊風(fēng)容易過剩。因此，由于邊風(fēng)過剩，已經(jīng)造成了立窯邊部窯溫比中部低，如果立窯窯體保溫效果差，窯體表面散熱就大，就勢(shì)必造成立窯邊部和中部的溫差更大。這樣若按立窯中部所需熱量配熱，邊部物料就會(huì)欠燒，若按立窯邊部所需熱量配熱，立窯中部熱量就多了，就會(huì)造成還原氣氛，熟料產(chǎn)質(zhì)量低、煤耗高。
因此，為了提高立窯熟料產(chǎn)質(zhì)量，便于生料配煤和降低熟料燒成煤耗，必須加強(qiáng)立窯窯體保溫。通常的做法是，采用內(nèi)保溫法，耐火層、保溫層總厚度應(yīng)≥650mm，靠近窯壁處應(yīng)加≥60mm的硅鈣板或硅酸鋁纖維氈。另外，在立窯煅燒操作時(shí)應(yīng)盡量減少邊風(fēng)、改善中部通風(fēng)。
2.9 采用暗火煅燒
立窯煅燒以暗火操作為宜，首先可以節(jié)約熟料燒成熱耗，提高熱效率，保證熟料的燒成溫度和燒成時(shí)間，其次可以減少炸球，降低窯內(nèi)通風(fēng)阻力和廢氣含塵量，再則對(duì)于復(fù)合礦化劑配料的立窯廠可以減少氟硫的揮發(fā)，提高復(fù)合礦化劑的應(yīng)用效果。
2.10 立窯熟料和回轉(zhuǎn)窯熟料混合生產(chǎn)水泥
既有立窯又有回轉(zhuǎn)窯的企業(yè)，或者有回轉(zhuǎn)窯熟料來源的立窯企業(yè)，可以采取立窯熟料和回轉(zhuǎn)窯熟料混合的方法生產(chǎn)水泥。由于立窯熟料一般早期強(qiáng)度較高，回轉(zhuǎn)窯熟料后期強(qiáng)度較高，化學(xué)成份、礦物組成和晶形結(jié)構(gòu)方面各有其長(zhǎng)，兩種不同窯型的熟料搭配后在物理力學(xué)性能和化學(xué)成份上產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，生產(chǎn)的水泥實(shí)物較使用單品種熟料為好。
2.11 降低水泥細(xì)度，改善顆粒組成
水泥細(xì)度和顆粒組成對(duì)充分利用水泥活性和水泥混凝土性能有很大影響，在普通水泥細(xì)度的混凝土中可能有20～40％的水泥沒有參與混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)過程，太粗的顆粒不能完全水化，過細(xì)的顆粒可能結(jié)團(tuán)，或增大水泥的需水量，影響混凝土性能?，F(xiàn)在比較公認(rèn)的觀點(diǎn)是：3～32μm的顆粒對(duì)強(qiáng)度增進(jìn)率起主要作用，其間各粒級(jí)分布是連續(xù)的，總含量不能低于65％。16～24μm的顆粒對(duì)水泥性能影響尤為重要，含量愈多愈好。小于3μm的顆粒不要超過10％，大于65μm的粗顆粒活性很小，最好沒有。
新標(biāo)準(zhǔn)ISO法對(duì)水泥細(xì)度十分敏感，試驗(yàn)證明：比表面積為300m2／kg時(shí)，ISO強(qiáng)度與GB強(qiáng)度值相差10.9～16.3％，而達(dá)到361m2／kg以上時(shí)，相差值就縮小到3～7.9％。比表面積每提高10m2／kg強(qiáng)度則提高0.6～1MPa，說明水泥的比表面積越大，IS0強(qiáng)度就提高得多。
為了適應(yīng)水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)新方法，降低水泥細(xì)度，改善顆粒組成是完全必要的，通常的措施有兩種，其一是采用高細(xì)開流管磨機(jī)技術(shù)，其二是采用高效選粉機(jī)。
2.12 調(diào)整混合材的品種與摻入量
水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)新方法實(shí)施后，對(duì)摻加混合材的水泥產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，無形中限制了水泥中混合材的品種與摻入量。
混合材中活性最好的是礦渣，因此，當(dāng)?shù)赜械V渣來源的立窯廠應(yīng)優(yōu)先考慮選用礦渣作混合材。對(duì)于其它混合材，如粉煤灰、磷渣、錳渣、煤矸石、青磚、沸石、石灰石等，摻量稍大，有的燒失量超標(biāo)，而大多造成三天強(qiáng)度偏低，甚至不合格，所以，活性差的混合材應(yīng)嚴(yán)格控制摻入量，盡量少摻。
混合材可以考慮雙摻和三摻，特別是摻加適量石灰石，可以發(fā)揮混合材的互補(bǔ)作用，改善水泥的性能。
3 結(jié)束語
提高立窯水泥質(zhì)量是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要做很多方面的工作，但關(guān)鍵是以下四個(gè)方面：1、提高入窯生料合格率，使之達(dá)到85％以上。2、改變配料方案，使熟料礦物中C3S+C2S達(dá)到75％以上。3、加強(qiáng)熟料煅燒，提高立窯熟料燒成率。4、降低水泥細(xì)度，提高水泥比表面積。
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